公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護

全文

(1)108-028-7B19 MOTC-IOT-107-H1DC001. 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護. 交通部運輸研究所中華民國 108 年 2 月.

(2) 108-028-7B19 MOTC-IOT-107-H1DC001. 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護. 著者：謝明志、林雅雯、邱建國、鄭明淵、廖國偉、吳育偉. 交通部運輸研究所中華民國 108 年 2 月.

(3) 國家圖書館出版品預行編目(CIP)資料. 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護 / 謝明志等著. -- 初版. -- 臺北市 : 交通部運研所, 民 108.02 面 ; 公分 ISBN 978-986-05-8523-0(平裝) 1.交通管理 2.決策支援系統 557. 108000751. 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護著者：謝明志、林雅雯、邱建國、鄭明淵、廖國偉、吳育偉出版機關：交通部運輸研究所地址：10548 臺北市敦化北路 240 號網址：www.ihmt.gov.tw (中文版＞中心出版品) 電話：(04)26587176 出版年月：中華民國 108 年 2 月印刷者：版(刷)次冊數：初版一刷 70 冊本書同時登載於交通部運輸研究所港灣技術研究中心網站定價：450 元展售處：交通部運輸研究所運輸資訊組•電話：(02)23496880 國家書店松江門市：10485 臺北市中山區松江路 209 號 F1•電話(02)25180207 五南文化廣場：40042 臺中市中山路 6 號•電話：(04)22260330. GPN：1010800151. ISBN：978-986-05-8523-0. (全套:平裝). 著作財產權人：中華民國(代表機關：交通部運輸研究所) 本著作保留所有權利，欲利用本著作全部或部份內容者，須徵求交通部運輸研究所書面授權。.

(4) 107. 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護. GPN: 1010800151 定價 : 450 元. 交通部運輸研究所.

(5) 交通部運輸研究所合作研究計畫出版品摘要表出版品名稱：公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護國際標準書號（或叢刊號）政府出版品統一編號運輸研究所出版品編號計畫編號 978-986-05-8523-0 1010800151 108-028-7B19 MOTC-IOT107-H1DC001 本所主辦單位：港研中心合作研究單位：國立臺灣科技大學研究期間主管：朱金元計畫主持人：邱建國自 107 年 02 計畫主持人：林雅雯協同主持人: 鄭明淵、廖國偉月研究人員：研究人員：吳育偉至 107 年 11 聯絡電話：04-26587191 地址：臺北市大安區基隆路 4 段 43 號月傳真號碼：04-26564418 聯絡電話：(02)2737-7535 關鍵詞：橋梁損傷評估、鋼橋維護管理、防災預警摘要：臺灣橋梁因天然環境因素，遭受洪水與地震等災害時倒塌或斷裂的機率極高。尤其災害一旦發生，對於公路之影響更為嚴重，造成災民之生命財產損失亦難以估計。為此，交通部運輸研究所已於 94、95 年辦理「交通工程防災預警系統建立之研究」，並逐年擴充建置臺灣公路早期防救災決策支援系統(Taiwan Road Early Nature Disaster prevention Systems，TRENDS)。考量到橋梁防災分析與評估方法逐年修正，本計畫針對以下不同領域進行系統模式更新、提高分析準確度，並確認系統實用性及穩定性，包括:(1)鋼結構橋梁維護分析模式精進、(2)橋梁整體耐震能力評估模式選取一座橋梁分析、(3)橋梁振動檢測案例分析、(4)災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式模組建置。本研究成果包含已建置公路總局轄管橋梁維護策略最佳化模式，並提供可查詢之功能模組，提升使用者查詢便利性。以公路總局所轄管之橋梁-中坑高架橋為例進行橋梁整體耐震能力分析。至南雲大橋進行雨季前後振動頻率量測，並確認量測方法與外在干擾來源。最後建置橋梁災後巡檢路線規劃模組，可於線上進行巡檢路徑之規劃。成果效益與應用情形：在施政上，本研究成果可提供交通部、橋梁管理單位在有效管理橋梁設計參數資料作為後續維護與補強重新分析時之參考。出版日期頁數定價本出版品取得方式凡屬機密性出版品均不對外公開。普通性出版品，公營、 399 450 108 年 2 月公益機關團體及學校可函洽本所免費贈閱；私人及私營機關團體可按定價價購。機密等級： □限閱 □機密 □極機密 □絕對機密（解密【限】條件：□ 年月日解密，□公布後解密，□附件抽存後解密， □工作完成或會議終了時解密，□另行檢討後辦理解密） ■普通備註：本研究之結論與建議不代表交通部之意見。. I.

(6) PUBLICATION ABSTRACTS OF RESEARCH PROJECTS INSTITUTE OF TRANSPORTATION MINISTRY OF TRANSPORTATION AND COMMUNICATIONS TITLE: TRENDS Maintenance and Modules Update ISBN(OR ISSN) 978-986-05-8523-0. PROJECT NUMBER GOVERNMENT PUBLICATIONS NUMBER IOT SERIAL NUMBER MOTC-IOT-107-H1DC001 1010800151 108-028-7B19. DIVISION: Harbor & Marine Technology Center DIVISION DIRECTOR:Chin-Yuan Chu PRINCIPAL INVESTIGATOR: Lin Ya-Wen PROJECT STAFF: PHONE: (04) 26587191 FAX: (04) 26564418. PROJECT PERIOD FROM February 2018 TO November 2018. RESEARCH AGENCY: National Taiwan University of Science and Technology , Ecological and Hazard Mitigation Engineering Research Center PRINCIPAL INVESTIGATOR: Chien-Kuo Chiu PROJECT STAFF: Cheng Min-Yuan, Guo-Wei Liao, Yu-Wei Wu ADDRESS: #43 , Sec.4 , Keelung Rd. , Taipei , 106 , Taiwan , R.O.C PHONE: (02)2737-7535 KEY WORDS: Bridge Seismic Evaluation、Steel Bridge Maintenance, Disaster Prevention ABSTRACT: Taiwan's bridges are highly prone to collapse or breakage during floods and earthquakes due to natural environmental factors. In particular, once a disaster occurs, the impact on the road is more serious, and the loss of life and property of the victims is difficult to estimate. From 2005 and 2006, the Institute of Transportation, MOTC commissioned a research project and expanded the Taiwan Road Early Nature Disaster Prevention Systems (TRENDS) year by year. Therefore, this study aims to improve TRENDS practicality and stability by adding several functions: (1) Steel bridge maintenance analysis model improvement, (2) Add one case study using bridge seismic capacity inference model, (3) Bridge health evaluation using the pier vibration frequency, (4) Post-disaster route planning model for bridge inspection. The results of this study include the optimization of the bridge maintenance strategy adopted by the Directorate General of Highways, and the provision of function that can be query to improve user accessibility. Take the Zhongkeng bridge as an example to analyze the overall seismic capacity of the bridge. The Nanyun bridge was use for vibration frequency before and after the rainy season, and the measurement method and external interference sources were confirm. Finally, the post-disaster inspection route-planning module is developed, and the inspection route can be search online. BENEFITS AND APPLICATIONS: The Ministry of Transportation and Communications or the bridge management department can refer to the results for policy-making.. CLASSIFICATION □RESTRICTED □CONFIDENTIAL □SECRET □TOP SECRET ■UNCLASSIFIED The views expressed in this publication are not necessarily those of the Ministry of Transportation and Communications. DATE OF PUBLICATION February, 2019. NUMBER OF PAGES 399. PRICE 450. II.

(7) 公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護目錄中文摘要 ....................................................................................... I 英文摘要 ...................................................................................... II 目錄 ............................................................................................ III 圖目錄 ...................................................................................... VII 表目錄 ..................................................................................... XIII 第一章研究計畫之背景及目的 ............................................... 1-1 1.1 計畫背景分析 ............................................................ 1-1 1.2 計畫目的 ................................................................... 1-2 1.3 研究範圍與對象 ........................................................ 1-2 1.4 研究內容與工作項目 ................................................. 1-2 1.5 研究方法及進行步驟 ................................................. 1-3 第二章文獻回顧 ...................................................................... 2-1 2.1 國內預警系統之開發實例 ......................................... 2-1 2.2 國外預警系統之開發實例 ......................................... 2-8 2.3 TBMS臺灣地區橋梁管理資訊系統 ............................ 2-10 2.4 第二代TBMS臺灣地區橋梁管理資訊系統 ............... 2-20 2.5 臺灣公路早期防救災決策支援系統 ......................... 2-22 III.

(8) 2.6 橋梁通阻檢測分析模式建立之研究 ......................... 2-26 2.7 鋼結構橋梁維護管理 ................................................ 2-30 2.8 國內現行耐震評估方法 ............................................ 2-41 2.9 巡查與檢測路線規劃相關文獻 ................................. 2-52 2.10 橋梁振動頻率評估 .................................................. 2-62 2.11 沖刷造成橋梁損壞之評估 ...................................... 2-66 2.12 生物共生演算法(SOS) ............................................ 2-67 2.13 國內橋梁管理單位所採用鋼結構橋梁檢測評估、維修（保護）工法與延壽策略等相關文獻 ................... 2-70 2.14 確認鋼結構橋梁風險因子 ...................................... 2-76 2.15 文獻中鋼橋與 RC橋生命週期成本評估方法 ........... 2-77 2.16 橋梁檢測與承載評定之文獻回顧 ........................... 2-83 2.17 橋梁維護策略最佳化文獻回顧 ............................... 2-84 2.18 橋梁維護之重要性非直接成本因子 ....................... 2-85 第三章 TRENDS系統維護營運 ................................................ 3-1 3.1 TRENDS系統架構 ...................................................... 3-4 3.2 TRENDS系統核心-資料交換平台 .............................. 3-8 3.3 TRENDS系統與國內其他系統比較 ........................... 3-11 3.4 與公路總局既有系統介接 ........................................ 3-14 3.5 至公路總局1個養護工程處進行訪談 ....................... 3-17 3.6 檢核目前影響因子是否足夠推求實際橋梁現況之耐震能力 .......................................................................... 3-23 3.7 製作系統操作手冊 ................................................... 3-25 第四章鋼結構橋梁維護分析模式精進 .................................... 4-1 IV.

(9) 4.1 建置鋼結構橋梁風險評估模式 (去年度進度) ............. 4-2 4.2 群橋生命週期維護策略最佳化模式 (本年度進度) .... 4-53 4.3 橋梁風險評估模式更新模組 (本年度進度) ............... 4-64 第五章橋梁整體耐震能力評估模式案例分析 ......................... 5-1 5.1 橋梁整體耐震能力側推分析...................................... 5-1 5.2 橋梁損傷評估 ............................................................ 5-3 5.3 案例分析 .................................................................. 5-10 第六章橋梁振動檢測案例分析 ............................................... 6-1 6.1 橋梁振動檢測案例分析 ............................................. 6-1 6.2 試驗結果討論與橋梁結構系統識別 ......................... 6-24 6.3 感測器規格與建議之試驗流程 ................................. 6-34 第七章災害橋梁巡查與檢測路線規劃模式精進 ..................... 7-1 7.1 初擬災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式 ................... 7-2 7.2 規劃災害橋梁巡查與檢測路線規劃模式功能模組測試案例 .......................................................................... 7-11 7.3 建置巡查與檢測路徑規劃模組 ................................. 7-22 第八章結論與建議 .................................................................. 8-1 8.1 結論 ........................................................................... 8-1 8.2 建議 ........................................................................... 8-2 8.3 預期效益與應用情形 ................................................. 8-3 參考文獻 .................................................................................. 參-1 附錄一期中報告審查意見處理情形表 ............................... 附錄1-1. V.

(10) 附錄二期末報告審查意見處理情形表 ............................. 附錄2-1 附錄三期末報告簡報資料 ................................................ 附錄3-1. VI.

(11) 圖目錄圖1.1 研究內容架構圖 ............................................................. 1-4 圖1.2 研究工作項目連結圖 ...................................................... 1-6 圖2.1 公路防救災資訊系統主頁面 .......................................... 2-4 圖2.2 GIS圖形查詢界面 ............................................................ 2-4 圖2.3 P alert系統畫面 ............................................................... 2-6 圖2.4 基本資料模組畫面 ........................................................ 2-12 圖2.5 檢測資料模組示意圖 ..................................................... 2-13 圖2.6 維修記錄模組功能示意圖 ............................................. 2-15 圖2.7 統計分析模組畫面 ........................................................ 2-16 圖2.8 決策支援模組畫面 ........................................................ 2-18 圖2.9 地理資訊系統模組圖面查詢 ......................................... 2-19 圖2.10 防災資訊模組畫面....................................................... 2-19 圖2.11 第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統 ............................ 2-21 圖2.12 第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統 APP ...................... 2-21 圖2.13 橋梁3D模型與檢測 ...................................................... 2-22 圖2.14 颱洪災害跨河橋梁防災架構圖 .................................... 2-23 圖2.15「橋梁地震破壞潛勢」介面 (一) ................................... 2-25 圖2.16「橋梁地震破壞潛勢」介面 (二) ................................... 2-25 圖2.17 橋梁通阻檢測分析模式架構圖 .................................... 2-27 圖2.18 橋梁風險因子分類....................................................... 2-40 圖2.19 臺灣地區建議之移動式振動檢測模式流程圖 .............. 2-64 圖2.20 生態系統中的生物共生關係示意圖 ............................ 2-68 圖2.21 橋梁重要性評定架構圖 ............................................... 2-86 圖3.1 TRENDS系統概念 ........................................................... 3-5 VII.

(12) 圖3.2 TRENDS系統模組 ........................................................... 3-6 圖3.3 軟體代理人架構圖 ......................................................... 3-9 圖3.4 橋梁通行失敗機率 Web Service ..................................... 3-15 圖3.5 橋梁通行失敗機率XML ................................................ 3-15 圖3.6 與公路總局介接示意圖 ................................................. 3-16 圖3.7 地震分析紀錄時間XML ................................................ 3-16 圖3.8 公路總局應變中心訪談會議 ......................................... 3-17 圖3.9 公路總局第二區養護工程處會議簽到 ........................... 3-18 圖4.1 鋼橋風險評估架構 ......................................................... 4-2 圖4.2 鋼橋風險評估模式流程 .................................................. 4-3 圖4.3 構件老化風險機率評估流程圖 ....................................... 4-7 圖4.4 位於臺北市鋼結構橋梁 ................................................. 4-10 圖4.5 部分橋梁D.E.R.&U.檢測表 ........................................... 4-10 圖4.6 部分鋼結構劣化程度D值判斷表 ................................... 4-11 圖4.7 貝氏分析流程圖 ............................................................ 4-17 圖4.8 運用橋檢資料貝氏更新 ................................................. 4-18 圖4.9 修正係數分布 ................................................................ 4-24 圖4.10 改變單次維護費用流程圖 ........................................... 4-24 圖4.11 下降分數對應維護費用上升 ........................................ 4-25 圖4.12 塗裝費用及施作費用 ................................................... 4-29 圖4.13 洪水維護風險機率評估流程圖 .................................... 4-35 圖4.14 臺灣主要河川分布圖(水利署) ..................................... 4-36 圖4.15 發生50年洪水時對應SSI指標下降 .............................. 4-38 圖4.16 洪水造成維護機率蒙地卡羅計算流程圖 ..................... 4-39 圖4.17 洪水維護成本分析流程圖 ........................................... 4-41. VIII.

(13) 圖4.18 人工智慧橋梁洪水維護成本推論模式 ......................... 4-43 圖4.19 橋梁風險影響程度預測值與實際值比較 -跨河橋梁(洪水) ........................................................................................... 4-43 圖4.20 地震造成維護機率計算流程圖 .................................... 4-45 圖4.21 地震造成維護機率蒙地卡羅計算流程圖 ..................... 4-46 圖4.22 震後結構性能修正示意圖 ........................................... 4-49 圖4.23 未來損傷分級機率關係曲線 ........................................ 4-49 圖4.24 地震維護成本分析程圖 ............................................... 4-50 圖4.25 群橋維護成本最佳化流程圖 ........................................ 4-53 圖4.26 群橋最佳化應用SOS演算法程序 ................................. 4-56 圖4.27 SOS演算法程序 ............................................................ 4-57 圖4.28 橋梁維護策略示意圖 ................................................... 4-61 圖4.29 橋梁維護與風險管理功能 ........................................... 4-62 圖4.30 設定搜尋條件 .............................................................. 4-62 圖4.31 刪除表單 ..................................................................... 4-62 圖4.32 群橋維護策略搜尋條件 ............................................... 4-63 圖4.33 一區工程處分析結果 ................................................... 4-63 圖4.34 各橋維護策略 .............................................................. 4-64 圖4.35 橋梁構件老化維修風險評估模式程式流程圖 .............. 4-65 圖4.36 鋼結構橋梁塗裝劣化風險評估模式程式流程圖 .......... 4-65 圖4.37 橋梁洪水沖刷風險評估模式程式流程圖 ..................... 4-66 圖4.38 橋梁地震維修風險評估模式程式流程圖 ..................... 4-67 圖4.39 GIS套疊橋梁位置及縣市框 .......................................... 4-68 圖4.40 GIS套疊橋梁位置及地形模型資料 ............................... 4-70 圖4.41 GIS套疊橋梁位置及河流流域 ...................................... 4-75. IX.

(14) 圖4.42 流量測站歷史流量圖表資料 ........................................ 4-76 圖4.43 橋梁構件老化風險成本模組介面 ................................ 4-83 圖4.44 鋼結構橋梁塗裝劣化風險成本模組介面 ..................... 4-83 圖4.45 橋梁洪水維護風險成本模組介面 ................................ 4-84 圖4.46 橋梁地震損傷維護風險成本模組介面 ......................... 4-84 圖5.1 側推分析流程圖 ............................................................. 5-1 圖5.2 雙線性計算示意圖 ......................................................... 5-3 圖5.3 橋梁損傷評估流程 ......................................................... 5-4 圖5.4 損傷等級劃分 ................................................................. 5-5 圖5.5 各損傷等級界線值 ......................................................... 5-7 圖5.6 損傷超越機率示意圖(一) ............................................... 5-7 圖5.7 損傷超越機率示意圖(二) ............................................... 5-8 圖5.8 結構分析SAP2000模型 .................................................. 5-11 圖5.9 側推曲線(基底剪力-位移) ............................................. 5-12 圖5.10 側推曲線(譜加速度譜位移Sa_Sd) ............................... 5-12 圖5.11 側推曲線(EPA_Sd圖) .................................................. 5-13 圖5.12 橋梁整體損傷等級超越機率 ........................................ 5-15 圖6.1 速度計配置圖 (No.1 No.6:三軸、No.1~No.5:單軸) ....... 6-9 圖6.2 南雲大橋之試驗墩柱 (墩柱14) ...................................... 6-9 圖6.3 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之振譜 (pier 14、有行車，車行方向) ... 6-10 圖6.4 南雲大橋兩組 (S2: Ch1、S1: 三軸)試驗結果之比較(pier 14、有行車，車行方向) ....................................................... 6-11 圖6.5 南雲大橋起點 (CH1)、1/4跨(CH2)、1/2跨(CH3)、3/4跨(CH4) 與終點處(CH5)之振譜 (pier 14、無行車，車行方向) .. 6-12 圖6.6 南雲大橋兩組 (S2: CH1、S1: 三軸)試驗結果之比較(pier 14、 X.

(15) 無行車，車行方向) ..................................................... 6-13 圖6.7 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之振譜 (pier 14、有行車，垂直車行方向 ) ..................................................................................... 6-14 圖6.8 南雲大橋兩組 (S2: Ch1、S1: 三軸)試驗結果之比較(pier 14、有行車，垂直車行方向) .............................................. 6-15 圖6.9 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之振譜 (pier 14、無行車，垂直車行方向 ) ..................................................................................... 6-17 圖6.10 南雲大橋兩組(S2: CH1、S1: 三軸)試驗結果之比較(pier 14、無行車，垂直車行方向) .............................................. 6-18 圖6.11 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之振譜(pier 14、有行車，車行方向) ..................................................... 6-20 圖6.12 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之振譜(pier 14、無行車，車行方向) ..................................................... 6-21 圖6.13 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之振譜(pier 14、有行車，垂直車行方向) .............................................. 6-22 圖6.14 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之振譜(pier 14、無行車，垂直車行方向) .............................................. 6-23 圖6.15 南雲大橋某次有車、垂直車行方向之量測結果 .......... 6-26 圖6.16 A(上)與C(下)部分之振譜 ............................................. 6-27 圖6.17 B(上)與D(下)部分之振譜 ............................................. 6-28 圖 6.18 南雲大橋某次伸縮縫處橋面板與墩柱之量測結果 (a)車行方向 (b)垂直車行方向 ................................................ 6-29 圖6.19 南雲大橋車行方向之自由振動歷時 (EX1: 6/19、EX2:10/12) ........................................................................................... 6-30 圖6.20 系統識別時所使用的有限元素模型 ............................ 6-31. XI.

(16) 圖6.21 RMSE在最佳化過程中降低的情形 ............................... 6-32 圖6.22 模擬的與量測的自由振動歷時之比較 ......................... 6-33 圖6.23 以備用電源供應筆電與速度計之電力 ......................... 6-35 圖6.24 速度計上LED燈之檢核 ............................................... 6-36 圖7.1 多目標地震災後橋梁特別巡查與檢測旅運路網規劃流程圖 ............................................................................................ 7-2 圖7.2 多層旅運路網圖 ............................................................. 7-4 圖7.3 MO-SOS多目標路徑規劃流程 ......................................... 7-9 圖7.4 橋梁所在地路網圖 ........................................................ 7-13 圖7.5 二層旅運路網圖 ............................................................ 7-15 圖7.6 支配個數法二目標最佳化圖 ......................................... 7-21 圖7.7 帕雷托最適圖 ................................................................ 7-22 圖7.8 模式執行流程 ................................................................ 7-23 圖7.9 使用者依照需求選擇地區、因子 .................................. 7-24 圖7.10 該工務段需要巡查之橋梁清單 .................................... 7-24 圖7.11 以旅行時間與通行失敗機率及重要度多目標規畫結果 ..... ........................................................................................... 7-25 圖7.12 第一組路線規畫結果 ................................................... 7-26 圖7.13 第二組路線規畫結果 ................................................... 7-26 圖7.14 第三組路線規畫結果 ................................................... 7-27. XII.

(17) 表目錄表2-1 國內開發之預警系統 ..................................................... 2-1 表2-2 國外開發之預警系統 ..................................................... 2-9 表2-3 系統欄位概述 ................................................................ 2-12 表2-4 橋梁構造物檢測評定標準 ............................................. 2-31 表2-5 定期檢測表(1/5) ............................................................ 2-33 表2-6 鋼橋塗裝系統種類 ........................................................ 2-39 表2-7 公路橋梁耐震評估檢查表 -落橋評估(一般橋梁) ........... 2-42 表2-8 公路橋梁耐震評估檢查表 -強度韌性評估(一般橋梁) .... 2-43 表2-9 有效地表加速度轉換表 ................................................. 2-47 表2-10 橋梁評等依各部位損傷模式進行 ................................ 2-54 表2-11 宅配業貨物配送路線規劃問題之特性 ........................ 2-56 表2-12 最佳解解法 ................................................................. 2-59 表2-13 A.B.C.D.之評估準則 .................................................... 2-71 表2-14 D.E.R.U.系統之評估準則 ............................................. 2-71 表2-15 塗裝系統之綜合評估................................................... 2-72 表2-16 塗膜更換次數與耐用年數 ........................................... 2-73 表2-17 塗膜之耐用年數 .......................................................... 2-73 表2-18 不同維護策略之成本比較 ........................................... 2-74 表2-19 表面處理等級與適用標準 ........................................... 2-75 表2-20 各種塗料之適用性 ...................................................... 2-75 表2-21 歐洲生命週期成本評估實務應用 ................................ 2-77 表2-22 只考慮防蝕因子之建造總成本 .................................... 2-82 表2-23 國內目前橋梁維護優先順序文獻蒐集 ........................ 2-84 表2-24 BH2橋梁重要性評估指標項目 ..................................... 2-86 XIII.

(18) 表3-1 TRENDS發展歷程 ........................................................... 3-2 表3-2 TRENDS與各系統比較 .................................................. 3-12 表3-3 訪談討論紀錄 ................................................................ 3-19 表3-4 耐震能力評估所需欄位和 TBMS欄位比較表 ................ 3-24 表3-5 系統手冊目錄架構 ........................................................ 3-26 表4-1 鋼橋風險因子列表 ......................................................... 4-5 表4-2 橋梁檢測紀錄分組分布表 .............................................. 4-8 表4-3 橋梁D.E.R&U構件及構件分類 ....................................... 4-9 表4-4 D.E.R.&U.數值含意 ....................................................... 4-11 表4-5 橋梁各構件CI及PI值的權重 .......................................... 4-12 表4-6 編號21橋梁構件Ici值變化 ............................................. 4-13 表4-7 部份各橋梁各構件進入維修時Ici門檻值 ...................... 4-14 表4-8 整合各橋梁構件進入維修時 Ici值 ................................. 4-15 表4-9 專家建議之構件/元件劣化速率 .................................... 4-16 表4-10 專家建議之維護門檻值 ............................................... 4-16 表4-11 編號10號橋推估出年平均維護次數 ............................ 4-17 表4-12 編號10橋梁貝氏更新後的年維護次數 ........................ 4-18 表4-13 編號10橋排水系統歷史維護資料 ................................ 4-20 表4-14 編號10橋各構件單次維護費用整理 ............................ 4-20 表4-15 採用相近量體或用途橋梁資料補足 ............................ 4-21 表4-16 各橋梁歷史年維護經費(部分表格) ............................. 4-22 表4-17 歷史年平均維護費用與推估費用 ................................ 4-23 表4-18 大型橋梁防蝕塗裝對應輔助機具費用比值 ................. 4-27 表4-19 其他橋梁防蝕塗裝對應輔助機具費用比值 ................. 4-28 表4-20 編號10號橋防蝕塗裝與高空作業車 ............................ 4-29. XIV.

(19) 表4-21 塗裝系統A4-1 ............................................................. 4-30 表4-22 塗裝系統A4-2 ............................................................. 4-30 表4-23 塗裝系統A5-1 ............................................................. 4-30 表4-24 塗裝系統A5-2 ............................................................. 4-31 表4-25 各區域鋅腐蝕速率試驗點之行政區 ............................ 4-32 表4-26 各區域之鋅腐蝕速率及底漆使用年限 ........................ 4-32 表4-27 塗裝系統A4-1之使用年限 ........................................... 4-33 表4-28 塗裝系統A4-2之使用年限 ........................................... 4-33 表4-29 塗裝系統A5-1之使用年限 ........................................... 4-34 表4-30 塗裝系統A5-2之使用年限 ........................................... 4-34 表4-31 臺灣主要河系洪水重現期對應 SSI指標下降表 ............ 4-37 表4-32 洪水維護機率分析結果(節錄)，單位(%) .................... 4-40 表4-33 洪水維修經費因子表................................................... 4-41 表4-34 跨河橋梁維修案例(節錄) ............................................ 4-42 表 4-35 橋梁風險衝擊影響程度預測模式搜尋結果 -跨河橋梁 (洪水) ............................................................................... 4-44 表4-36 RC結構物之損傷指標 .................................................. 4-48 表4-37 損害狀況及損害比之關係 ........................................... 4-51 表4-38 A橋之綜合能力指標 ..................................................... 4-52 表4-39 橋梁相關參數彙整(節錄) ............................................ 4-56 表4-40 橋梁老化維修案例篩選詞彙 ....................................... 4-69 表4-41 橋梁老化影響因子 ...................................................... 4-70 表4-42 混凝土橋梁老化維修風險成本 (部分表格) .................. 4-71 表4-43 鋼結構橋梁老化維修風險成本 (部分表格) .................. 4-72 表4-44 鋼結構橋梁塗裝劣化維修案例篩選詞彙 ..................... 4-72. XV.

(20) 表4-45 鋼結構橋梁塗裝維修風險成本 (部分表格) ................ 4-74 表4-46 臺灣主要河川流域洪水重現期對應 SSI下降表 ............ 4-76 表4-47 橋梁洪水維修案例篩選詞彙 ....................................... 4-77 表4-48 橋梁洪水沖刷影響因子 ............................................... 4-78 表4-49 橋梁洪水維修風險成本(部分表格) ............................. 4-79 表4-50 橋梁洪水重建風險成本(部分表格) ............................. 4-80 表4-51 橋梁耐震能力影響因子 ............................................... 4-81 表5-1 構件及元件損傷對照表 .................................................. 5-6 表5-2 採用設計規範版本對應之耐震性能目標 ....................... 5-10 表5-3 結構材料強度 ................................................................ 5-11 表5-4 橋柱耐震性能譜位移容量 ............................................. 5-14 表5-5 中坑高架橋之構件容量 ................................................. 5-14 表5-6 損傷等級超越機率(行車向)-蒙地卡羅模擬 ................... 5-16 表5-7 損傷等級超越機率(橫向)-蒙地卡羅模擬 ...................... 5-17 表6-1 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，車行方向) .............................................................................. 6-11 表6-2 南雲大橋兩組 (S2: Ch1、S1: 三軸)試驗之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，車行方向)........................................ 6-12 表6-3 南雲大橋起點 (CH1)、1/4跨(CH2)、1/2跨(CH3)、3/4跨(CH4) 與終點處(CH5)之第一振態頻率值 (pier 14、無行車，車行方向) .............................................................................. 6-13 表6-4 南雲大橋兩組 (S2: CH1、S1: 三軸)試驗之第一振態頻率值 (pier 14、無行車，車行方向)........................................ 6-14 表6-5 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，垂直. XVI.

(21) 車行方向) ...................................................................... 6-15 表6-6 南雲大橋兩組 (S2: Ch1、S1: 三軸)試驗之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，垂直車行方向 ) ................................ 6-16 表6-7 南雲大橋起點 (Ch1)、1/4跨(Ch2)、1/2跨(Ch3)、3/4跨(Ch4) 與終點處(Ch5)之第一振態頻率值 (pier 14、無行車，垂直車行方向) ...................................................................... 6-17 表6-8 南雲大橋兩組 (S2: CH1、S1: 三軸)試驗之第一振態頻率值 (pier 14、無有車，垂直車行方向 ) ................................ 6-18 表6-9 南雲大橋6/19於無車、垂直車行方向之量測結果 ........ 6-19 表6-10 南雲大橋先前量測的結果 (無車、垂直車行方向 ) ..... 6-19 表6-11 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，車行方向) .................................. 6-20 表6-12 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之第一振態頻率值 (pier 14、無行車，車行方向) .................................. 6-21 表6-13 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之第一振態頻率值 (pier 14、有行車，垂直車行方向) .......................... 6-22 表6-14 南雲大橋起點(S1)、1/4跨(S2)、1/2跨(S3)之第一振態頻率值 (pier 14、無行車，垂直車行方向) .......................... 6-23 表6-15 南雲大橋6/19於無車、平行車行方向之量測結果 ....... 6-24 表6-16 南雲大橋10/12於無車、平行車行方向之量測結果 ..... 6-24 表6-17 南雲大橋6/19於無車、垂直車行方向之量測結果 ....... 6-25 表6-18 南雲大橋10/12於無車、垂直車行方向之量測結果 ..... 6-25 表6-19 南雲大橋6/19於無車、平行車行方向之量測結果 ....... 6-25 表6-20 南雲大橋6/19於無車、垂直車行方向之量測結果 ....... 6-25 表6-21 最佳化進行時各參數的數值 ....................................... 6-31 表6-22 各參數的最佳值 .......................................................... 6-33. XVII.

(22) 表6-23 單軸速度計 (VSE-15D1)之規格 ................................... 6-34 表6-24 三軸速度計 (CV-374A)之規格 ..................................... 6-34 表7-1 測試橋梁之橋梁重要度及通行失敗機率 ....................... 7-12 表7-2 橋梁兩兩旅運巡檢測時間矩陣(單位:分鐘) ................... 7-12 1 表7-3 𝐹7,6 檢測路網矩陣 .......................................................... 7-14 2 表7-4 𝐹7,6 檢測路網矩陣 .......................................................... 7-15. 表7-5 檢測次數檢核矩陣 ........................................................ 7-16 表7-6 總旅運檢測時間計算 .................................................... 7-17 表7-7 受支配個數法之最佳解 ................................................. 7-21. XVIII.

(23) 第一章. 研究計畫之背景及目的. 1.1 計畫背景分析由於臺灣多山多河的地理特性，使得橋梁成為連結陸上交通的重要設施。有鑑於臺灣天然災害頻傳，如地震災害、水災及土石流等等；災害之來臨常帶來嚴重的損失，尤其災害一旦發生，對於公路之影響更為嚴重，造成災民之生命財產損失亦難以估計。為此，交通部運輸研究所已於94、95年著手進行交通工程防災預警系統建立之相關研究，並逐年擴充建置臺灣公路早期防救災決策支援系統(Taiwan Road Early Nature Disaster prevention Systems ， TRENDS)。為更新系統資料、提高分析準確度並與相關單位之監測資料進行驗證，本計畫將納入本所近期研究之分析模組及成果，並確認系統實用性及穩定性。本研究年度內計畫先至公路總局某一個養護工程處進行系統介紹與訪談，藉由系統簡介讓公路橋梁管理單位了解系統特性，並由訪談過程了解橋梁管理單位實務運作情形及使用需求，作為本年度系統與研究方向修正之依據。本年度預計新增與更新項目除系統維護外另包括 :(1)鋼結構橋梁維護策略 :鋼結構橋梁風險分析及維護策略單橋分析模式擴展至群橋風險管理及維護策略，與前期「橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研發」鋼筋混凝土群橋風險管理及維護策略成果結合，並建置公路總局轄管橋梁 (含鋼筋混凝土橋及鋼橋 )風險分析資料庫及風險評估與查詢功能模組。 (2)整體橋梁耐震能力評估 : 進行 1座整體橋梁耐震能力側推案例，並持續蒐集整體橋梁耐震能力評估案例並納入系統資料庫。(3)橋梁振動頻率方面，選取1座橋梁安裝2組以上速度計同時進行橋梁多點頻率梁測，藉以了解振動頻率雜訊來源與變動原因。 (4)橋梁巡查與檢測路徑規劃部分 :精進災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式，與建置巡查與檢測路徑規劃模組。. 1-1.

(24) 1.2 計畫目的本計畫研究目的為進行臺灣公路早期防救災決策支援系統 (TRENDS)維運，並擬針對以下不同領域進行系統模式更新、提高分析準確度，確認系統實用性及穩定性，包括 : (1)鋼結構橋梁維護策略擬定建議。(2)整體橋梁耐震能力評估模式。(3)橋梁振動頻率之驗證。(4)橋梁巡查與檢測路徑規劃之精進。. 1.3 研究範圍與對象為了使本研究預測模式具體且合理，必須針對研究範圍加以限制與規範，期能使實際成果與所預期相符，本研究的範圍限制如下：1.本研究僅針對公路總局轄管橋墩材質為鋼筋混凝土之橋梁進行研究。2.橋梁上部結構材質包括鋼結構與鋼筋混凝土。3.完整橋梁模型指具有上、下部各細部構件、元件資料之模型。. 1.4 研究內容與工作項目 1.系統維護部分: (1)至公路總局 1個養護工程處進行系統橋梁維護策略模組介紹與訪談。 (2)依訪談結論修改系統橋梁維護策略模組，以符合橋管單位實務使用需求。 (3)針對橋梁耐震能力資料庫更新需求，檢核目前影響因子是否足夠推求實際橋梁現況之耐震能力。 (4)系統資料庫更新及維護運作管理。 (5)製作系統操作手冊。 2.橋梁維護策略最佳化部分: (1)建立鋼橋群橋風險管理及維護策略。 (2)建置公路總局轄管鋼結構橋梁風險分析資料庫。. 1-2.

(25) (3)建置鋼橋梁風險評估與查詢功能模組。 (4)與前期「橋梁殘餘壽齡與保全評估決策模式之研發」鋼筋混凝土群橋風險管理及維護策略成果結合，並建置公路總局轄管橋梁 (含鋼筋混凝土橋及鋼橋 ) 群橋風險分析資料庫及風險評估與查詢功能模組。 (5)建置公路總局轄管橋梁 (含鋼筋混凝土橋及鋼橋 )維護策略最佳化模式。 3.整體橋梁耐震能力評估部分 : (1)選取公路總局1座橋梁進行整體橋梁耐震能力側推分析。 (2)持續蒐集整體橋梁耐震能力評估案例並納入系統資料庫。 4.橋梁振動檢測分析部分: (1)選取 1座橋梁安裝 2組以上速度計同時進行橋梁多點頻率量測，藉以了解振動頻率雜訊來源與變動原因。 5.橋梁災後巡查與檢測路線規劃部分: (1)精進災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式。 (2)建置巡查與檢測路徑規劃模組。. 1.5 研究方法及進行步驟依據計畫目的，研究內容分為七個階段，如圖1.1所示，以下章節針對各階段分別敘述。. 1-3.

(26) 研究階段. 研究內容. 第一階段：. 文獻回顧與研究團隊組成. 第二階段：. 台灣公路早期防救災決策支援系統維護營運. 第三階段：. 鋼結構橋梁維護分析模式精進. 第四階段：. 橋梁整體耐震能力評估模式案例分析. 第五階段：. 橋梁振動檢測案例分析. 第六階段：. 災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式精進. 第七階段：. 結論與建議. 相關研究與方法.  相關研究背景分析  研究人力組成.  現況分析  人才延攬  團隊制度建立.  至公路總局1養護工程處訪談。  檢核目前影響因子是否足夠推求實際橋梁現況之耐震能力。  系統資料庫更新及維護運作管理  製作系統操作手冊。.  模式驗證與更新.  建置公路總局轄管鋼結構橋梁風險分析資料庫。  建置鋼橋梁風險評估與查詢功能模組。  建置公路總局轄管橋梁(含鋼筋混凝土橋及鋼橋)維護策略最佳化模式.  影響圖  因子篩選.  選取公路總局1座橋梁進行整體橋梁耐震能力側推分析。  持續蒐集整體橋梁耐震能力評估案例並納入系統資料庫。.  SAP 2000側推分析  因子篩選方法.  選取1座橋梁安裝2組以上速度計同時進行橋梁多點頻率量測，藉以了解振動頻率雜訊來源與變動原因。.  振動頻率量測儀器  傅立葉轉換.  精進災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式。  建置巡查與檢測路徑規劃模組。.  旅行推銷員問題 (TSP)規劃  多目標最佳化模式.  提出成果與建議.  成果彙整. 圖 1.1 研究內容架構圖. 1-4.

(27) 第一階段:文獻回顧與研究團隊組成首先針對目前橋梁防救災系統進行了解，找出目前問題或狀況，據以擬定本研究之研究目的，並組成研究團隊，由具備橋梁防災資訊管理系統經驗與資訊管理人員組成，提升計畫成功度。第二階段:臺灣公路早期防救災決策支援系統維護營運臺灣公路早期防救災決策支援系統 (TRENDS)維護與資料更新、模式作業化環境之改善及維護等相關工作。針對系統橋梁維護策略模組訪談並修改，以符合橋管單位實務使用需求。檢核目前橋梁耐震能力資料庫影響因子，讓耐震能力推估能精進更新至實際橋梁現況之耐震能力，並製作系統操作手冊。第三階段:鋼結構橋梁維護分析模式精進擬定鋼結構橋梁生命週期成本導向之橋梁風險評估模式，建置公路總局轄管橋梁 (含鋼筋混凝土橋及鋼橋 )維護策略最佳化模式。第四階段:橋梁整體耐震能力評估模式案例分析建立 1座橋梁進行整體橋梁耐震能力側推分析並更新系統資料庫。第五階段:橋梁振動檢測案例分析選取選取 1座橋梁安裝 2組以上速度計同時進行橋梁振動多點頻率量測。第六階段:災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式精進精進橋梁災後橋梁巡查與檢測路線規劃模式，並建置巡查與檢測路徑規劃模組。第七階段:結論與建議針對本研究所完成之研究，提出適當之結論與建議以供後續研究發展及實際運用時之參考。. 1-5.

(28) 上述主要工作內容之連結性如圖 1.2所示，其中TRENDS系統維護營運貫穿整個計畫，而鋼結構橋梁維護分析模式精進部分可提升災前階段對於橋梁原有能力之掌控性，了解各橋梁現況，進而提早進行相關維護補強作業。而在橋梁整體耐震能力評估模式案例分析部分，則以橋梁耐震能力評估在不同地震下是否有損壞之可能性。當有破壞可能性，在災時則可透過災害橋梁巡查與檢測路線規劃模式，依照巡查與檢測路徑之遠近或是橋梁破壞機率等條件做為巡查與檢測路線規畫之考量因子。而巡查與檢測後，若該橋梁已封閉，在決定是否開放通行階段，則可以參考橋梁振動案例分析，根據橋梁災前與災後之主頻變化，輔助評估橋梁是否有遭受到無法以肉眼觀察之內傷。災害歷程災前. 災時. 災後. 模組功能支援. 鋼結構橋梁維護分析模式精進. 橋梁整體耐震能力評估模式案例分析. 災害橋梁巡檢路線規劃模式精進. 橋梁振動案例分析. 橋梁振動案例分析. TRENDS系統維護營運. 圖 1.2 研究工作項目連結圖. 1-6.

(29) 第二章文獻回顧 2.1 國內預警系統之開發實例本章節整理國內外相關防災預警研究，預警系統通常藉由地理資訊系統對空間分布及屬性資料的展現，可讓決策者更能有效率地制定最佳的空間資訊政策。一方面可降低災害對人類的衝擊與損失，另一方面可有效達成災害預防與災後重建的目的，並提高分析的便利性與準確度。目前國內相關研究成果如下表 2-1所示。表2-1 國內開發之預警系統 No. 分類. 名稱. 1. 整體規劃. 國土資訊系統. 2. 防救災系統. 3. 防救災系統. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 技術與應用 GIS 整體規劃、示範工作、空間資料處理、應用程式、GIS 工具發展、標準化及訓練專業人才. 颱風災害應變管理決策網路地理資訊系統為展示平台，並結合氣象、坡支援系統地、洪水災害模式及即時環境監測資料。. 臺北市防災資訊網暨防提供民眾掌握，最即時颱洪淹水及坡地等警戒資救災決策支援系統訊及相關災害潛勢分析資料結合衛星定位儀、攝影工具及3G之資訊傳輸方公路防救災資訊系統防救災系統式，將公路災害之現場影像與空間資訊傳遞至相 (BOBE) 關單位在水患發生前，透過降雨推估和逕流、洪水演系集降雨預報應用於洪防救災系統算，有效操作水庫閘門蓄減洪峰，降低洪水所造水預報之研究成傷亡利用偵測P波並在3秒內決定是否災害性地震來預警系統 P-alert 襲，並在具破壞力之S波到達前發出警報訊息結合地震與地震工程、社會與經濟等各領域的知識，提供各級政府與民間業者如保險業、高科技產業等有關地震災害損失評估工具利用整合自動化電話語音調查系統與GIS圖層功經濟部水利署防災資訊能，以圖示化方式快速調查彙整防汛志工與防汛預警系統服務網夥伴回報之災區訊息，提供快速有效的淹水資訊收集臺北市防災資訊網包括:防災宣導、氣象地震資防災資訊網臺北市防災資訊網料、疏散避難資訊、組織及應變中心與防災人員專區等功能。預警系統. TELES. 2-1.

(30) 1.國土資訊系統國土資訊系統的相關工作內容包括 GIS 整體規劃、示範工作、空間資料處理、應用程式、GIS 工具發展、標準化及訓練專業人才等專案。發展至今，我國國土資訊系統已顯示出相當大的實質效益，且其服務物件相當廣泛，加上目前專業人才日益增加，將有助於未來朝向更縝密的訊息管理工作。 2.颱風災害應變管理決策支援系統國家災害防救科技中心 (NCDR)因應颱洪災害應變任務發展了颱風災害應變管理決策支援系統，此系統以網路地理資訊系統為展示平台，並結合氣象、坡地、洪水災害模式及即時環境監測資料。此系統應用於災害應變作業已有三年，並持續更新改進中。藉由此系統，災害應變作業已從過去的被動搶救提升到現在的主動預警，有效的減少人員傷亡與動員的人力資源。該系統未來將導入防救災資料服務平台，利用即時GIS 資料交換技術，增加資料的來源和即時性。另外系統也將延伸建置應變需求的其它功能，期能提供更佳的防救災資訊服務。 3.臺北市防災資訊網暨防救災決策支援系統建置臺北市防災資訊網主要目的，平時提供民眾瞭解在颱風、坡地、地震等災害防治方面的豐富教育資訊，隨時學習防災之觀念，以達到全民防災及共同參與之宗旨。同時於防汛期透過網站提供民眾掌握，最即時颱洪淹水及坡地等警戒資訊及相關災害潛勢分析資料及提供災害預警，使網站成為防救災領域中廣結各類資訊流通、教育宣導與即時資訊，並作為臺北市政府與民眾間相關災害防救資訊互動之交流園地。根據臺北市政府中臺北市防災資訊系統 [臺北市政府， 2017] 說明。我國災害防救體系依行政體制區分為中央、直轄市及縣 (市) 政府、鄉（鎮、市）公所3個層級，而臺北市目前建構完成之災害防救體系係以「災害防救法」、「臺北市災害防救規則」、「地. 2-2.

(31) 方制度法」等相關法令為基礎，基於實際運作需要，乃將臺北市災害防救體系，依行政體制規劃為「市」及「區」2個層級。本府自89年與國科會合作推動防救災合作計畫，成立「臺北市防災計畫辦公室」，負責災害潛勢分析、災害防救科技研發成果應用。 91年依災害防救法設置「臺北市政府災害防救委員會」，以統籌、規劃、督導、考核、整合本府所屬各機關辦理災害防救之相關事項，係全國地方政府率先成立之災害防救專責單位。惟盱衡美日等先進國家為強化災害防救體制，相繼完成「政府組織再造」工程，臺北市政府為因應各國災害防救體制趨勢及臺北市政府防救災工作需求，結合本府組織再造及災害防救專責機構之建置，推動成立隸屬府層級之「本市災害防救辦公室」，俾達成減災、整備、應變及復建全方位防救災政策落實，進而提昇防救災效能，案經100年11月8日市政會議通過，設置「災害防救辦公室」，並於100年12月1日發布。所建置之臺北市防災資訊網，包括 :防災宣導、氣象地震資料、疏散避難資訊、組織及應變中心與防災人員專區等功能。 4.公路防救災資訊系統(BOBE) 本系統係由本所於民國94年開發，以地理資訊系統為基礎，結合衛星定位儀、攝影工具及 3G之資訊傳輸方式，將公路災害之現場影像與空間資訊傳遞至相關單位。該系統建立時，已針對平時整備、災前預防、災中應變及災後復健提出相對應的管理模組並蒐集交通部公路總局在處理災害的過程中累積之空間與屬性資料，作為歷史災損資料分析與研究易致災路段之決策參考。系統主頁面及相關查詢界面如圖2.1~圖2.2所示。. 2-3.

(32) 圖 2.1 公路防救災資訊系統主頁面. 圖 2.2 GIS 圖形查詢界面. 2-4.

(33) 5.系集降雨預報應用於洪水預報之研究此計畫由經濟部水利署主辦，為落實防洪減災的任務，發展水利署洪水預報系統，希望能在水患發生前，透過降雨推估和逕流、洪水演算，有效操作水庫閘門蓄減洪峰，降低洪水所造成傷亡。此計畫進而利用系集降雨預報，建置河川洪水位機率預報系統；協助水利署彙整各河川局不同洪水預報系統的預報資訊；擴充水利署洪水預報系統之預報流域 [李天皓等，2014]。 6. Palert 地震P波感測儀由國內三聯科技股份有限公司與國立臺灣大學地質科學系教授吳逸民所合作研發P alert(地震P波感測儀)，目前已於全臺灣中小學整合建置 581個低價位的強地動觀測站，並提供線上的臺灣即時震度資訊(圖2.3)，能在地震發生時，即刻獲取全臺詳細的震度圖，作為救災及研究的重要參考。此系統並已成功推廣至其他數個國家。其原理為利用偵測P波並在3秒內決定是否災害性地震來襲，並在具破壞力之S波到達前發出警報訊息，以提供使用者做為地震減災之用。根據臺灣地震科學中心通訊第十一期提到在 2016年高雄美濃地震發生後約 5秒，P alert可估計近似中央氣象局發布的地震位置，震央相差 6.1公里、震源深度相差2.4公里[吳逸民等，2015]。. 2-5.

(34) 圖 2.3 P alert 系統畫面 7.TELES 國家科學委員會與經濟部於民國 87 年引進美國 FEMA(Federal Emergency Management Agency)所發展的地震災害損失評估系統 HAZUS (RMS, 1997) ，並加以本土化稱為 HAZTaiwan。初版的 HAZ-Taiwan系統是委託美國的 Risk Management Solution, Inc. (RMS)撰寫應用軟體，但相關本土化的資料庫和分析模式，由國家科學委員會防災辦公室和國家地震工程研究中心整合協調各專家或單位提供。依據資策會委託RMS開發應用軟體的合約，初版HAZ-Taiwan 所具有的功能為美國所用的 HAZUS 97的分析模式；換言之，並未完全使用本土化的分析模式和參數值。隨著科技進步與數位化資料庫的日益完備，在評估地震災害的潛勢或評估工程結構物的損害狀態機率時，可採用較精確的分析模式和參數值。但受制於應用軟體在開發時無法兼顧未來的發展，適時的修改原始程式碼或增加新的分析功能是有必要的。有鑒於初版HAZ-Taiwan系統的軟體架構不易更動，因此有必. 2-6.

(35) 要開發一套新的系統，不但在分析模式和架構上採用模組化設計，應用軟體也採物件化語言撰寫及模組化設計，以方便未來適時更新和增加分析功能。因此國家地震工程研究致力於「臺灣地震損失評估系統 — TELES (Taiwan Earthquake Loss Estimation System)」之研發與更新，乃希望結合地震與地震工程、社會與經濟等各領域的知識，提供各級政府與民間業者如保險業、高科技產業等有關地震災害損失評估工具，作為研擬相關都市防災規劃、震災初期動員機制、震災模擬演練、地震保險與風險管理策略…等等的參考，藉以減低地震對社會與經濟的衝擊。 TELES之研究是一項以實用為導向、跨領域的科技研究案。主要目的之一是提供標準且一致的地震災害損失評估方法，且須適應不同使用者的需求與不同精確度的資料來源，以作為地區性或全國性的地震災害損失評估之用。臺灣地震損失評估系統之研發目標至少包含下列三項功能 [1] ： (1)提供震災早期評估的功能：在地震發生後能自動啟動或以人工方式啟動，在短時間內推估地表振動強度、工程結構物(一般建築物、橋梁)的損害狀態機率與數量、人員傷亡程度與數量、經濟損失評估…等等數據，可供各級災害應變中心參考，作為救災人力物力和醫療資源派遣的決策支援系統。緊急評估項目依使用者需求和現實資料庫的建置進度而定。 (2)地震災害境況模擬功能：根據模擬地震的震源參數和活動斷層分佈資料，推估地表振動強度和土層破壞機率與永久位移量，並可進行各項工程結構物的損害評估及對社會經濟的衝擊等等。 (3)地震風險評估的功能：由於地震發生的時間、地點和規模具有極大的不確定性，配合實際工程結構物的分佈不均，因此引致的損失金額或其他可量化的風險也有許多的不確定性。為真實反應評估對象 (如一般建築物、橋梁或高科技廠房 )受地震影響的危害度，有必要結合地震危害度分析和工程結構物的易損性分. 2-7.

(36) 析，進行一系列的等危害度之模擬地震的震災境況模擬，根據統計分析的結果得到評估對象受地震影響的風險程度，如年平均損失金額及其信賴區間等資訊。. 8. 經濟部水利署防災資訊服務網近年來，由於全球氣候變遷，臺灣因地理位置及地形因素，發生之颱洪災害有愈來愈嚴重之趨勢，尤其在極端氣候下，降雨頻率減少、降雨強度增加以致在時間與空間分布較以往更不均勻，屢見破紀錄之降雨事件，其帶來之水量已大大超越治水工程之設計頻率年。災害的發生總在一瞬間，如何在災害發生前即時通報相關人員，爭取可應變防災時間，預警資訊成為一項重要工作議題。有鑑於此，經濟部水利署除了建設淹水偵測設施外，另廣邀民眾及企業員工籌組防汛志工及防汛夥伴，利用整合自動化電話語音調查系統與 GIS圖層功能，以圖示化方式快速調查彙整防汛志工與防汛夥伴回報之災區訊息，提供快速有效的淹水資訊收集，並透過水利署開發「防災資訊服務網、行動水情App、上網登門號、防汛抗旱粉絲團」等四項防災避災工具，讓民眾及早獲得水情資訊，將災害可能造成之損失降至最低 [經濟部水利署， 2017]。. 2.2 國外預警系統之開發實例開發防災預警系統先進國家都已經投入相當多的人力及物力進行研究及發展，但各國地理環境的不同所面對的災害亦不相同，因此將會依不同的災害發展出不同的預警系統來減低災害所造成的損失。如下表2-2所示，列出了美國、歐洲、荷蘭及日本所研發的預警系統名稱及系統的開發團隊，並予以分類。. 2-8.

(37) 表2-2 國外開發之預警系統 No. 分類. 名稱. 開發團隊. Integrated 1 防救災系統 Decision Support System (IDSS). 太平洋災害應變中心 (Pacific Disaster Center). 2. The European 歐洲自然水部門 (European 防災系統 Flood Forecasting national water services) System (EFFS). 3. Delft Hydraulics' Flood Early 防災系統 Warning System (Delft-FEWS). 戴伏特水利研究所 (Delft Hydraulics). Earthquake Early Warning(EEW). 沖電氣工業株式會社」 (Miyagi Oki Electric Co.). 4 防救災系統. 以下將概述上列各預警系統： 1.整合決策支援系統(Integrated Decision Support System ,IDSS) 整合決策支援系統是由太平洋災害應變中心 (Pacific Disaster Center)進行設計開發應用於加勒比海，系統內包含了 GIS視覺化工具及分析模式，可提供災害管理人員關於災害分析、風險及潛勢評估等資訊，並可輔助計畫整備及教育訓練。 2.歐洲洪水預報系統(The European Flood Forecasting System, EFFS) 歐洲自然水部門(European national water services)提升了系統預警能力在 4至 10天前即可發佈洪水警訊，有別於一般洪水警報為0至3天。所增加的預警時間可以讓管理人員進行災前測量；大眾可以有足夠的時間瞭解相關災情資訊；水庫亦可進行排水淨空防災；另對於其他附加災害可以提前預防。此系統包含四大模組：. 2-9.

(38) (1)全域數值化氣象預報模組 (2)可選取範圍的局部數值化氣象預報模組 (3)流域水文模組 (包括每日土壤水分平衡模式以及每小時的洪水演算模式) (4)高解析度洪水模組 3.戴伏特水利研究所 -洪水預警系統 (Delft Hydraulics' Flood Early Warning System, Delft-FEWS) 此系統是由荷蘭的「戴伏特水利研究所」所開發之洪水預警報系統DELFT-FEWS，在洪水來臨前直接從網路上以XML格式截取水文資訊，並存取至資料庫中，經由水理分析模式分析後發佈警報。 4.地震預警系統(Earthquake Early Warning, EEW) 系統是由「沖電氣工業株式會社」(Miyagi Oki Electric Co.)所開發，主要是運用 REIC(Real-time Earthquake Information Consortium)所發佈的震波資訊，當接收到了地震波 P波之後會立刻發佈警訊，並進行撤離工作人員、關閉油氣及化學物質的供應開關避免產生二次災害及停止生產設備運作減少經濟上的損失。系統共包含了五大功能：地震災害資料的接收、震災層級的預測、警報的發佈及停止、災時相關資料顯示、災時監測及資料記錄等。. 2.3 TBMS 臺灣地區橋梁管理資訊系統行政院於八十四年起即責成交通部積極進行各項橋梁安檢維護作業，交通部於八十六年七月完成「臺灣地區橋梁安全管理策略探討與制定」研究，將建立中央橋梁管理系統及適合各橋梁主管單位使用之管理系統，列為現階段重點工作之一，希望利用有系統、有效率的電腦化管理方法，結合 GIS(Geographic Information System)、GPS(Global Positioning System)及網路技術，以協助橋梁管理機關進行橋梁之管理，而提高橋梁服務水準，確. 2-10.

(39) 保結構穩定性與安全性，俾維護陸路運輸機能，有效運用資源，降低使用及維修成本，並延長橋梁使用年限。本所依此規劃，於民國88年委託國立中央大學研究團隊進行「建立臺灣地區橋梁管理系統」研究案，並於民國 89年開發完成。「臺灣地區橋梁管理資訊系統」為一套網路層級之管理資訊系統，使用單位從交通部到所屬高公局、公路總局、鐵路局，以及內政部營建署與各縣市政府，使用者只要連結網際網路即可透過瀏覽器操作系統。系統於2000年底建置完成並上線，為全國各橋梁管理機關統一使用之橋梁管理系統。交通部亦同時於此階段進行全國橋梁普查，調查所有相關機關管轄橋梁之基本資料，並進行全面性之橋梁目視檢測。當時普查並鍵入系統中之橋數約為 2萬3千餘座，至今系統中之橋數已達2萬8千餘座。 TBMS系統於2008年進行全面改版作業，新系統已於 2009年5 月20日正式上線啓用。新系統分為（1）基本資料模組、（2）檢測資料模組、（3）維修記錄模組、（4）統計分析模組、（5）決策支援模組、（6）地理資訊模組、（7）防災資訊及（8）系統設定，共八大模組。 TBMS 為目前國內橋梁管理單位所統一使用之橋梁管理系統，使用單位有交通部臺灣區國道高速公路局、交通部公路總局、臺灣鐵路管理局、各縣市政府以及各鄉鎮市公所。以下針對較為常用的7個模組做介紹[姚乃嘉等，2013]： 1.橋梁基本資料模組完整的資料庫可謂是橋梁管理系統之核心， TBMS基本資料模組將橋梁資料分為管理資料、幾何資料、結構資料及設計資料以詳細記載每座橋梁之基本資料，橋梁基本資料庫欄位概述如表 2-3所示，基本資料模組系統畫面如圖2.4。. 2-11.

(40) 表2-3 系統欄位概述[姚乃嘉等，2013] 資料類別管理資料. 幾何資料. 結構資料設計資料橋梁照片. 欄位名稱橋梁名稱、管理機關、所在地、道路等級、路線、里程樁號、竣工年度、竣工月份、合約編號、設計單位、施工單位、竣工圖說保存地點、最近一次維修年度、最近一次維修月份、跨越物體、參考地標、造價、附註橋梁總長、橋梁最大淨寬、橋梁最小淨寬、最高橋墩高度、橋面版面積、橋上淨高、橋下淨高、總橋孔數、總車道數、最大跨距、其他跨距、橋頭 GPS 座標東經、橋頭 GPS 座標北緯、橋尾 GPS 座標東經、橋尾 GPS 座標北緯結構型式、橋墩型式、橋墩材質、橋墩基礎型式、主梁型式、主梁材質、橋台型式、橋台基礎型式、翼牆型式、支承型式、防震設施設計活載重、防落橋長度、設計地表加速度、計畫洪水位、計畫堤頂高程、計畫河床高度、地盤種類、橋基保護工法橋梁近端全景、橋梁遠端全景、橋梁上游全景、橋梁下游全景. 圖 2.4 基本資料模組畫面[姚乃嘉等，2013] 2.檢測資料模組目視檢測是對於橋梁使用現況具體的管理方式之一， TBMS 系統是採用D.E.R.&U.之目視檢測準則，模組畫面如圖2.5所示，模組提供下列功能：. 2-12.

(41) 圖 2.5 檢測資料模組示意圖 [姚乃嘉等，2013] (1)列印空白檢測評估表：使用者可針對各座橋梁列印空白檢測評估表，系統將於表上自動填入橋梁名稱、路線別、里程樁號、總長、淨寬、結構型式等基本資料。 (2)輸入、編輯及列印橋梁檢測資料：當橋梁檢測進行完畢之後，將檢測資料輸入系統中，系統將以不同檢測日期記錄單座橋梁之檢測記錄。此外，使用者可於系統中修改原有之檢測資料或增加新的檢測資料，填入描述各個瑕疵的位置、所需之修復工法、數量、修復的急迫性及對各個瑕疵可能發生原因的判斷，並且初步評估所需維修工法，或者建議做進一步的補強，以便往後進行各項分析或決策工作。 (3)檢測照片資料庫：為更加詳實記載每座橋梁進行檢測時之各構件之劣化破損狀況，此模組亦提供登錄檢測照片，讓使用者能更確實了解該橋梁之損壞狀況，並可同時記載檢測員對此項損壞之照片說明。. 2-13.

(42) (4)維修工作項目：提供檢測人員依定位系統中定義的編號，描述各個瑕疵的所在位置、所需的維修工法、數量、修復的急迫性及對各個瑕疵的詳細說明。檢測人員可充分利用此欄描述瑕疵的現象，填寫個人對瑕疵可能發生原因的判斷，並且初步評估所需的修復工法。 (5)檢測員意見：提供檢測員填寫個人對此橋的意見，包括對整體結構安全性及服務性的評估及是否應安排作進一步之詳細檢測。 3.維修記錄模組維修記錄模組之功能，在於管理及監控橋梁維修工作之進度。同時，亦可由橋梁維修資料之累積，發現橋梁劣化之趨勢，若發現維修工作之頻率異常，或服務年限過短，橋梁管理單位便可針對此一現象深入探討其成因，以做出適當之決策，避免不必要之花費。橋梁在進行檢測之後，便可以本模組針對不同構件所建議維護工作之方法、數量與急迫性，記錄其維修工作承包商名稱、統一編號、實際維修數量、實際維修金額、維修開工日期及維修完成日期，使用者可經由此一功能進行橋梁破損狀況之維修工作管理、考核。俟一維修工作項目完成後，使用者登錄完成之修復工作後，系統亦會同時更新此項記錄於功能畫面中，使用者可輕易辨識橋梁破損狀況維修工作是否完成。模組畫面如圖2.6所示：. 2-14.

(43) 圖 2.6 維修記錄模組功能示意圖 [姚乃嘉等，2013] 4.統計分析模組橋梁管理機關在面臨管理工作時，首先關注的主題為其所管轄之橋梁年代的分布、橋齡的分布或是各種橋梁長度的統計與分布等等問題，藉由獲得這些資料，可進一步了解該管理機關所面臨之橋梁維護管理工作的範圍與負擔程度。統計分析模組可將傳統須以人工進行之統計分析及分析圖表繪製的工作，藉由電腦化系統迅速完成並輔以報表輸出，將所得之結果供作橋梁管理相關工作決策分析之參考。統計分析模組可進行對橋梁基本資料、檢測記錄及維修記錄進行統計分析查詢並配合圖表之輸出以彙整成報告及清冊，其模組畫面如圖2.7所示：. 2-15.

(44) 圖 2.7 統計分析模組畫面 [姚乃嘉等，2013] 統計分析模組包含以下9項統計分析功能： (1)橋梁特性分析：所謂橋梁之特性分析，乃是針對不同的橋梁分佈範圍及種類，找出在此限制之下，有關橋梁的橋齡、橋長、橋版面積、交通量等特性之排序，排序可分為從小至大、從大至小兩種順序。此分析可提供給橋梁管理機關了解其轄區內橋齡最老的前幾座橋梁、或是橋長最長及橋面版面積最大之前幾座橋梁，有助於了解轄區內所管理橋梁之排列狀況。 (2)橋梁數量統計：橋梁數量統計係用以提供使用者查詢不同統計範圍中橋梁的分布狀況，此項功能可對各個單位管轄橋梁、某一縣市橋梁及不同道路等級之數量分等進行統計分析並輸出圖表進行列印及匯出成檔案以利彙整成報告。 (3)橋齡統計：橋齡統計係用以提供使用者繪製不同統計範圍之橋梁. 2-16.

(45) 年齡結構分佈圖。其分析並可提供使用者選擇以建造年代或以橋齡為橫軸，以繪製不同主題之橋齡分佈統計圖。 (4)橋梁長度統計：橋梁長度統計可提供使用者繪製不同長度區間內之橋梁數量統計圖，或是各年代中所建造之橋梁總長度比較圖。 (5)橋版面積統計：橋版面積統計可提供使用者繪製不同面積區間中之橋梁數量統計圖。 (6)結構型式統計：結構型式統計可提供使用者繪製橋型數量統計與橋長之關係。所謂與橋長之關係為某種結構型式之橋梁之平均長度分析圖；而橋型分析則是顯示特定結構型式（如梁式、版橋、拱橋等）之分佈狀況，以利各使用單位對不同結構型式之橋梁進行統計分析。 (7)成長趨勢分析：成長趨勢分析功能可提供使用者繪製橋梁總長及橋面版總面積於不同時間區間內之成長趨勢圖表。 (8)交叉分析：本功能提供使用者選擇統計圖表不同的縱軸及橫軸，進行橋梁基本資料之交叉分析。 (9)橋梁檢測資料排序及統計：透過系統所採用之 D.E.R.&U.目視檢測可具體掌握橋梁使用現況，即可使檢測員掌握各橋梁的劣化狀況，並給予各項劣化適當的評分，以作為橋梁優劣順序排定的主要依據之一。也就是說，當一檢測員對上述檢測方法非常熟悉後，其便可對於 D.E.R.&U.目視檢測方法中共 66 種劣化狀況類別，以劣化程度（ Degree）、範圍（Extend）及重要性（Relevancy）. 2-17.

(46) 三個層面來加以分析、評分。另外再考慮橋梁之結構安全性、服務性、重要性等因素後，系統即可運用上述橋梁檢測評分資料及因素進行橋梁構件狀況指標（ Icij）及橋梁分年進行排序及統計。因此，各層級之使用者便可依此對其所轄橋梁目前之結構安全與使用狀況有一全面性的瞭解，並配合圖表之輸出即可將其排序及統計資料匯整成報告。 (10)決策支援模組：決策支援模組包含四大功能，檢測預算編列、維修成本估算、橋梁維修排序及維修經費分配。可分別由使用者自行勾選橋梁後，系統針對所勾選之橋梁進行檢測預算編列。第二種方式是使用者選取篩選條件後，系統針對篩選條件下之所有橋梁進行計算，如圖 2.8 所示。. 圖 2.8 決策支援模組畫面[姚乃嘉等，2013] 6.地理資訊系統模組地理資訊系統可以有效掌握、規劃及管理空間資訊，使得建立科學化及最佳化之分析模式，並可提高工作效率及降低成本。傳統橋梁管理系統僅著重於文字與數值計算之表現，然而橋梁所處位置周遭的空間資訊實不易以平面文字或數字表示之，因此，若能加入地理資訊系統技術，而於系統內顯示橋梁之空間位置及周遭環境之資訊，更有助於管理者對相關環境獲得全盤了解。模. 2-18.

(47) 組畫面如圖2.9所示：. 圖 2.9 地理資訊系統模組圖面查詢 [姚乃嘉等，2013] 7.防災資訊模組此模組(圖2.10)可提供使用者查詢即時河川水位資料、即時水庫測站資料及即時雨量等水情資料，並分別橋梁防災預警條件，當災害發生時發送簡訊通知。. 圖 2.10 防災資訊模組畫面[姚乃嘉等，2013]. 2-19.

(48) 2.4 第二代 TBMS 臺灣地區橋梁管理資訊系統根據本所「第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統建置規劃」[交通部運輸研究所，2015]報告內容，「臺灣地區橋梁管理資訊系統」 (TBMS)自民國89年建置完成迄今已有十五年，期間我國遭逢多次重大颱風豪雨侵襲，並因而發生多起橋梁斷落、人員傷亡之不幸事件。臺灣地區地震頻繁，常因颱風豪雨導致劇烈沖刷或淤積，加上橋體老劣化、車輛超載及河川砂石盜採等不利因素影響下，橋梁劣化受損之風險也常隨之不斷增加。為強化現行之「臺灣地區橋梁管理資訊系統」對耐洪能力、耐震能力、載重能力及老舊劣化情形之掌握，並利用行動裝置提升橋梁檢測之效率及品質，本所於 102年開始委託國立中央大學進行「第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統建置規劃」之研究，以構件化、行動化、以及客製化為主軸進行「第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統」主系統 (簡稱 TBMS2)(如圖2.11)及行動裝置應用程式 (簡稱 App)(如圖2.12)之規劃及開發，除可快速簡易地生成橋梁3D模型並掌握各主要構件最新狀況與變化趨勢外，亦可利用行動裝置App直觀呈現橋梁3D構件狀況及逐構件記錄橋梁檢測結果 (如圖2.13)，立即透過無線網路上傳至TBMS2，有效提升橋梁檢測資料之完整詳實度以及橋梁檢測作業之品質與效率。. 2-20.

(49) 圖 2.11 第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統. 圖 2.12 第二代臺灣地區橋梁管理資訊系統 APP. 2-21.

公路早期防救災決策支援系統及 橋梁管理模組維護

公路早期防救災決策支援系統及橋梁管理模組維護